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Die Erfindung bezieht sich auf Matrizen von
lichtempfindlichen Elementen.
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Um Matrizen von lichtempfindlichen Elementen
herzustellen, ist es bekannt, eine Schar von Zeilenleitern und eine
Schar van Spaltenleitern vorzusehen und an jedem
Kreuzungspunkt einer Zeile und einer Spalte ein entsprechendes
lichtempfindliches Element anzuordnen. Über die Zeilenschar wählt
man eine Zeile von lichtempfindlichen Elementen aus, deren
elektrische Ausgangssignale man abfragen will. Über die Schar
von Spaltenleitern liest man ein Ausgangssignal für jedes der
Elemente der ausgewählten Zeile aus.
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In der französischen Patentanmeldung 8600716 (FR-A-2
593 343, veröffentlicht am 24.7.1987) ist eine
lichtempfindliche Matrix mit einem Netz von lichtempfindlichen Punkten
beschrieben, in dem jeder lichtempfindliche Punkt einen
Ladungsspeicherkondensator in Reihe mit einem lichtempfindlichen
Element enthält, wobei das Ganze zwischen einem Zeilenleiter
und einem Spaltenleiter angeschlossen ist. Das
lichtempfindliche Element kann eine PIN-Fotodiode mit drei Schichten sein
(Halbleitende Schicht vom P-Typ, intrinsische Schicht I,
Schicht vom N-Typ).
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Ladungen werden in der Fotodiode durch Beleuchtung des
lichtempfindlichen Punkts erzeugt. Sie sammeln sich auf dem
potentialmäßig schwebenden Knoten zwischen der Fotodiode und
dem Kondensator. Sie werden durch Anwendung eines
Spannungsimpulses an den Zeilenleiter in einer Richtung ausgelesen, die
die Fotodiode in Vorwärtsrichtung vorspannt (während sie
während der Akkumulationsphase in Sperrichtung vorgespannt war).
Ladungen einer Menge entsprechend den akkumulierten Ladungen
werden dann vom freischwebenden Knoten zur Spalte (oder
umgekehrt von der Spalte zum freischwebenden Knoten) übertragen.
Das Auslesen besteht in der Messung dieser Ladungsbewegung.
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Nach dem Ende des Leseimpulses gelangt die Fotodiode
in einen Zustand der Vorspannung in Sperrichtung für eine neue
Beleuchtungs- und Ladungsintegrationsphase.
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Das Potential am freischwebenden Knoten hat aber nicht
mehr denselben Wert wie zu Beginn der Integrationsphase. Man
kann also nicht eine neue Integrationsphase beginnen, ohne
dieses Potential des freischwebenden Knotens vorher auf einen
genau bestimmten Anfangswert gebracht zu haben.
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Der Phase des Auslesens folgt also eine Phase, in der
das Potential des frei schwebenden Knotens wiederhergestellt
wird.
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Diese Wiederherstellung erfolgt durch Beleuchtung der
Fotodiode. Es daher notwendig, eine Lichtquelle und mit den
Lesemitteln der lichtempfindlichen Matrix synchronisierte
Steuermittel vorzusehen, um eine Potentialrückstellung nach
jeder Lesephase zu bewirken.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
lichtempfindliche Matrix anzugeben, in der die Kapazität einer
Spalte von lichtempfindlichen Punkten so klein wie möglich
wird, so daß das Leserauschen während des Ladungstransfers von
einem lichtempfindlichen Punkt zur Spalte verringert wird.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Matrix
vorzuschlagen, die technologisch einfach herzustellen ist.
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Ein weiteres Ziel besteht in der Verringerung des
Dunkelstroms, der in die Spalte durch die lichtempfindlichen
Punkte dieser Spalte eingespeist wird, selbst wenn diese
Punkte keiner Beleuchtung unterworfen sind.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, den
Sammelwirkungsgrad der Lichtladungen durch die lichtempfindlichen
Dioden der Matrix zu verbessern.
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Gemäß der Erfindung wird eine Matrix von
lichtempfindlichen Punkten, bestehend aus einem Netz von
lichtempfindlichen Punkten, die in Zeilen (mindestens eine Zeile) und
Spalten (mindestens eine Spalte) angeordnet sind, wobei jeder
lichtempfindliche Punkt am Schnittpunkt einer Zeile und einer
Spalte liegt vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß jeder lichtempfindliche Punkt zwei Dioden sowie einen
Kondensator enthält, die an einen Knoten mit einem
freischwebenden Potential angeschlossen sind, wobei der Kondensator
zwischen einen Zeilenleiter und den Knoten, eine erste Diode,
Lesediode genannt, zwischen den gemeinsamen Knoten und einen
Spaltenleiter, um den Transfer einer an dem Knoten durch
Beleuchtung des lichtempfindlichen Punkts erzeugten Ladungsmenge
zwischen diesen Spaltenleiter und dem Knoten zu erlauben, und
eine zweite Diode, lichtempfindliche Diode genannt, zwischen
dem Knoten und einer Sperr-Vorspannungsquelle angeschlossen
sind, um bei Beleuchtung elektrische Ladungen auf dem Knoten
zu erzeugen, wobei die Dioden mit gleicher Polarität an diesen
Knoten angeschlossen sind.
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Unter dem Ausdruck "die Dioden sind mit gleicher
Polarität an den Knoten angeschlossen" wird verstanden, daß die
Dioden beide mit ihrer Anode an den freischwebenden Knoten
angeschlossen sind oder beide mit ihrer Kathode.
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Die Quelle der Sperr-Vorspannung ist prinzipiell eine
Quelle mit festem Potential. Sie hält die Fotodiode
prinzipiell während des ganzen Ladungsintegrations- und Lesezyklus
auf Sperrvorspannung.
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In gewissen Fällen erfolgt das Auslesen durch Anlegen
eines Leseimpulses an eine Zeile, während alle Spalten auf
einem Bezugspotential liegen. In anderen Fällen aber könnte
man an eine Zeile einen Leseimpuls eines Vorzeichens bezüglich
des Bezugspotentials der Spalten anlegen und zugleich einen
Leseimpuls des umgekehrten Vorzeichens an eine bestimmten
Spaltenleiter, der an den lichtempfindlichen Punkt
angeschlossen ist, dessen Ladung man lesen will, während die anderen
Spaltenleiter auf dem Bezugspotential gehalten werden. Diese
Anordnung erlaubt auf einfache Weise die Auswahl einer Spalte
von lichtempfindlichen Punkten.
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Der Betrieb der Vorrichtung hängt nicht von dem Pegel
der Vorspannung des Zeilenleiters während der
Beleuchtungsphase ab, sondern nur von der Amplitude und dem Vorzeichen des
Leseimpulses. Man kann den Ruhespannungspegel des
Zeilenleiters so wählen, daß sowohl während der Lesephase als auch
während der Beleuchtungsphase die Spannung an den Klemmen des
Kondensators stets das gleiche Vorzeichen hat. Unter diesen
Bedingungen kann den Kondensator in Form eines in Sperrichtung
vorgespannten Diodenübergangs realisiert werden.
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Die Lesediode besitzt wesentlich geringere Abmessungen
als die Fotodiode und damit auch eine deutlich kleinere
Kapazität. Daher kommt es, daß die Gesamtkapazität vom
Spaltenleiter her gesehen gering ist.
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Die Erfindung ist auf beliebige lichtempfindliche
Matrizen anwendbar, insbesondere auf solche, die in der
Röntgentechnik verwendet werden und zu diesem Zweck einen
Scintillator (Gadoliniumoxid, Cäsiumiodid) zur Umwandlung einer
Röntgenstrahlung (oder Gammastrahlung oder Neutronenstrahlung
usw.) in eine Lichtstrahlung eines Wellenlängenbandes, für das
die Fotodioden empfänglich sind, umzuwandeln.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere für eine
Ausführungsform, in der die lichtempfindlichen Punkte durch
mehrere übereinanderliegende Schichten aus amorphem Silizium
gebildet werden.
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Unter den Vorteilen der vorliegenden Erfindung, die
die Qualität der erzeugten Matrizen entscheidend verbessern,
kann man folgende erwähnen:
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- die geringe Kapazität der Spalten von
lichtempfindlichen Punkten,
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- die Auslesegeschwindigkeit,
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- die gute Entkopplung zwischen den lichtempfindlichen
Punkten benachbarter Zeilen oder Spalten,
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- die Verringerung des Störrauschens während des
Lesens, wobei ein solches Rauschen in bekannten Systemen durch
die Unischaltung der lichtempfindlichen Diode in Leitrichtung
verursacht wurde. Hier bleibt die Fotodiode im Prinzip während
des ganzen Lesevorgangs in Sperrichtung vorgespannt.
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Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus
der nachfolgenden Einzelbeschreibung hervor, die auf die
anliegenden Zeichnungen Bezug nimmt.
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Figur 1 zeigt eine Matrix von lichtempfindlichen
Punkten gemäß der Erfindung.
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Figur 2 zeigt das Zeitdiagramm der
Potentialveränderungen auf dem Zeilenleiter (Diagramm 2a), ein Zeitfenster der
Beleuchtung der Matrix (Diagramm b), die
Potentialveränderungen auf dem gemeinsamen freischwebenden Knoten (Diagramm 2c)
und den Strom im Spaltenleiter (Diagramm 2d).
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In Figur 1 sieht man ein vereinfachtes Schaltschema
einer Matrix von lichtempfindlichen Punkten gemäß der
Erfindung.
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Die Matrix enthält ein Netz von Zeilen und Spalten von
lichtempfindlichen Punkten Pij.
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Jede Zeile enthält einen Zeilenleiter Li, an den die
lichtempfindlichen Punkte dieser Zeilen angeschlossen sind.
Der Zeilenleiter Li soll einen Lesespannungsimpuls für die
Punkte dieser Ziele liefern. Die Zeilenleiter sind an einen
Zeilendekodierer DEL angeschlossen, der eine bestimmte Zeile
auswählen kann, deren Punkte gelesen werden sollen. Der
Zeilendekodierer DEL sendet Leseimpulse und Pegelrückstellimpulse
auf den Leiter Li der ausgewählten Zeile.
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Jede Spalte enthält einen Spaltenleiter Cj, an den die
lichtempfindlichen Punkte dieser Spalte angeschlossen sind.
Der Spaltenleiter Cj ist an einen Lesekreis für die von den
lichtempfindlichen Punkten Pij am Schnittpunkt dieser Spalte
und der ausgewählten Zeile erzeugten Ladungen angeschlossen.
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Der Lesekreis liest die in die Spalte von einem
lichtempfindlichen Bildpunkt eingespeisten Ladungen und hält dabei
die Spalte auf einem bestimmten Bezugspotential (das
Massepotential sein kann).
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In einem Ausführungsbeispiel enthält der Lesekreis
einen Integrator INT für jede der Spalten von Punkten sowie
einen Multiplexer MUX, der mit den Ausgängen der Integratoren
verbunden ist und an seinem Ausgang S nacheinander Signale
liefert, die für die Beleuchtung der aufeinanderfolgenden
Punkte der bezeichneten Zeile charakteristisch sind.
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In anderen Fällen könnte der Lesekreis ein
Ladungstransferkreis sein, und der Multiplexer könnte ein
Ladungstransfer-Schieberegister sein.
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Gemäß der Erfindung enthält jeder lichtempfindliche
Punkt Pij zwei Dioden und einen Kondensator, die an einen
gemeinsamen Knoten A mit freischwebendem Potential
angeschlossen sind, nämlich
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- DP (Diode, deren Hauptmerkmal die
Lichtempfindlichkeit ist),
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- DL (Lesediode, die den Ladungstransfer vom
freischwebenden Knoten A zum Spaltenleiter Cj ermöglicht),
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- CS (Speicherkondensator für die durch die
Beleuchtung erzeugten Ladungen).
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Die lichtempfindliche Diode DP ist zwischen dem
freischwebenden Knoten A und einer Vorspannungsquelle
angeschlossen, welche ein konstantes Potential VR erzeugt, derart, daß
die Fotodiode während des ganzen Betriebszyklus in
Sperrichtung vorgespannt bleibt. Die Lesediode DL ist zwischen den
Spaltenleiter Cj und den Knoten A eingefügt und der
Kondensator CS ist zwischen den Zeilenleiter Li und den Knoten A
angeschlossen.
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Genauer betrachtet sind im Beispiel der Figur 1 die
Anode der lichtempfindlichen Diode DP und die Anode der
Lesediode DL an den Knoten A angeschlossen. In äquivalenter Weise
könnte aber auch eine Umkehrung von Anoden und Kathoden der
beiden Dioden erfolgen, wenn zugleich die relativen Richtungen
der an die Zeilen- und Spaltenleiter angelegten Potentiale
umgekehrt würden. In diesem Fall wären die Kathode der
lichtempfindlichen Diode und die Kathode der Lesediode mit dem
Knoten A verbunden. In jedem Fall sind gleichnamige Elektroden
der Dioden DP und DL mit dem Knoten A verbunden.
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Die Diode DP besitzt eine verhältnismäßig große
Oberfläche, damit ihre Empfindlichkeit ausreichend groß ist. Die
Lesediode ist wesentlich kleiner, so daß ihre Kapazität gering
ist gegenüber der der Diode DP und gering gegenüber der
Kapazität des Kondensators CS, um die Gesamtkapazität der
Reihenschaltung der Lesediode und der Fotodiode oder der Lesediode
und des Kondensators CS sehr klein zu halten.
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Die Kapazität der Spalte von Punkten ist umso geringer
(was ein Vorteil ist), als die Kapazität der Lesediode gering
ist, was dazu führt, daß man eine Lesediode DL mit sehr
kleinen Abmessungen verwendet.
BETRIEB DER SCHALTUNG GEMÄSS FIGUR 1
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Zur Vereinfachung der Erläuterungen wird davon
ausgegangen, daß die Kapazität der Dioden DL und DP
vernachlässigbar gegenüber der Kapazität des Speicherkondensators CS ist.
Würde dies nicht gelten, dann veränderten sich die Zahlenwerte
von Potentialen und Potentialveränderungen, die nachfolgend
angegeben werden, aber das Betriebsprinzip bliebe dasselbe.
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Es werden auch die Potentialabfälle in den Dioden
vernachlässigt, wenn sie in Leitrichtung vorgespannt sind,
obwohl diese Abfälle in der Größenordnung von 0,5 Volt liegen.
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Schließlich wird davon ausgegangen, daß der Lesekreis,
der an die Spalten angeschlossen ist, das Potential der
Spalten auf einen Bezugswert von Null Volt hält.
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Figur 2 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung der
Betriebsweise.
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Das Diagramm 2a zeigt die Leseimpulse, die an einen
Zeilenleiter angelegt werden; das Diagramm 2b zeigt einen
Rechteckimpuls, während dem die lichtempfindliche Matrix
beleuchtet wird. Die übrige Zeit wird die Matrix nicht
beleuchtet (Betrieb mittels Blitzlicht); das Diagramm 2c zeigt die
Variationen des Potentials des Knoten A während eines
Beleuchtungs- und Lesezyklus. Das Diagramm 2d zeigt den an einen
Ausgangsintegrator am Ende einer Spalte angelegten Strom.
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Der periodische Betriebszyklus erstreckt sich vom
Zeitpunkt t0, der das Ende eines ersten Leseimpulses
definiert, bis zu einem Zeitpunkt t'0, der das Ende des
nächstfolgenden
Leseimpulses definiert.
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Zu Beginn, d.h. kurz vor dem Zeitpunkt t0, liegt
folgender Zustand vor:
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- das Potential VL auf dem Zeilenleiter LI hat einen
positiven Wert VL1, beispielsweise +4 Volt. Dieser Wert
entspricht dem während eines Leseimpulses aufgeprägten Wert,
wobei der Ursprungszustand der ist, der zum Zeitpunkt
vorliegt, an dem ein Leseimpuls endet.
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- Das Potential VA am Knoten A hat einen Wert von
praktisch Null (in Wirklichkeit ist es geringfügig positiv und
gleich dem Spannungsabfall der Lesediode DL in Leitrichtung).
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Man sieht, daß dieser Ursprungszustand derjenige ist,
der auch am Ende des Lesezyklus vorliegen wird, der nun
beschrieben wird.
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Zum Zeitpunkt t0 geht der Zeilenleiter Li der
ausgewählten Zeile auf ein Potential VL2 über, das Ruhepotential
oder Vorspannungspotential des Zeilenleiters genannt wird,
beispielsweise Null Volt. Es wird später gezeigt, daß dieses
Potential auch von Null verschieden sein kann.
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Das Potential am Knoten A, das ursprünglich sehr nahe
bei Null Volt lag, wird durch den kapazitiven Einfluß auf
einen Wert VA1 gebracht, der proportional zu VL2 - VL1 ist,
wobei der Proportionalitätsfaktor folgenden Wert annimmt:
Cs/(Cs+Cdp+Cdl). Hierbei sind Cs, Cdp, Cdl die Kapazitäten des
Kondensators CS, der Diode DP (in Sperrichtung vorgespannt)
und der Diode DL (ebenfalls in Sperrichtung vorgespannt).
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VA1 = (VL2-VL1)C2/(Cs+Cdp+Cdl)
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Eine Ladung Q1 fließt dann auf dem Spaltenleiter, der
mit dem Knoten A über die Lesediode DL verbunden ist. Diese
Ladung Q1 ist das Produkt der Kapazität Cdl der Lesediode mit
der Spannungsänderung des Knotens A (der Spaltenleiter hat
eine Bezugsspannung, von der angenommen wird, daß sie sich
nicht ändert und im Prinzip Null Volt ist).
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Q1 = (VL2-VL1)Cdl.Cs/(Cs+Cdp+Cdl)
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Diese Ladung ist gering und fließt rasch ab. Das
Diagramm
2d, das den Strom in dem Spaltenleiter darstellt, zeigt
das Abfließen der Ladung Q1 beginnend mit dem Zeitpunkt t0.
Die Ladung ist der Integralwert des Stroms.
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Das Potential des Knotens A bleibt dann auf dem Wert
VA1 und die Dioden DP und DL sind beide in Sperrichtung
vorgespannt, so daß der Knoten A potentialmäßig freischwebt.
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Zwischen einem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2
empfängt die lichtempfindliche Matrix eine Beleuchtung.
Während der übrigen Zeit liegt sie im Prinzip im Dunkeln. Man
wird jedoch sehen, daß die Beleuchtung in gewissen Fällen von
t0 bis t0' durchgehend vorliegen kann.
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Die Beleuchtung führt zu einer Erzeugung von
fotoelektrischen Ladungen in der Fotodiode. Die positiven Ladungen
sammeln sich am Knoten A aufgrund der Sperrvorspannung der
Fotodiode DP. Sie heben dessen Potential mit einer Steigung
an, die umso größer ist, je stärker die Beleuchtung ist.
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Es ist festzustellen, daß im Fall einer Verbindung der
Kathoden der Dioden mit dem Knoten A die Richtungen der
Potentiale umgekehrt wären und die negativen Ladungen sich am
Knoten A sammeln würden. Das Potential des Knotens A würde dann
sinken.
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Im Zeitpunkt t2, in dem die Beleuchtung endet, hat das
Potential VA des Knotens A einen Zwischenwert zwischen seinem
Ursprungspotential VA1 und dem Bezugspotential der Spalten
erreicht. Das Potential kann nicht weiter steigen, ohne daß
die Lesediode leitend würde und die zusätzlichen Ladungen in
die Spalte abgeführt würden.
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Wenn die von der Fotodiode erzeugte Ladungsmenge QD
ist, dann fließt eine Ladung Q2 = QD.Cdl/(Cs+Cdp+Cdl) auf dem
Spaltenleiter Cj zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, aber
diese Ladung ist klein aufgrund des geringen Werts der
Kapazität Cdl im Vergleich zu Cs und Cdp. Außerdem verteilt sich
diese Ladung über die Zeitdauer von t1 bis t2.
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Nach dem Ende der Beleuchtung bleibt das Potential
konstant und die Dioden DP und DL sind in Sperrichtung
vorgespannt.
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Zum Zeitpunkt t3 wird ein Leseimpuls angelegt, der bis
zum Ende des Zyklus andauert, d.h. bis zum Zeitpunkt t'0.
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Der Leseimpuls bringt das Zeilenpotential vom Ruhewert
VL2 auf den Wert VL1.
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Das Potential des Knotens A steigt von einem Wert VA,
(der zum Zeitpunkt t2 erreicht wurde und von der zwischen t1
und t2 vom lichtempfindlichen Punkt empfangenen Beleuchtung
abhängt) auf einen Wert VA + (VL2-VL1)Cs/(Cs+Cdp+Cdl), d.h.
auf einen Wert, der sich nur wenig von VA+VL2-VL1
unterscheidet. Während dieses Anstiegs fließt eine Ladung Q'3 gleich -Q1
im Spaltenleiter (es sei daran erinnert, daß Q1 die
unmittelbar nach t0 fließende Ladung war).
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Der neue Wert des Potentials des Knotens A ist
positive oder null und macht die Lesediode DL leitend, die am
Nullpotential der Spalte Cj hängt.
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Die am Knoten A akkumulierten Ladungen können also auf
den Spaltenleiter abfließen.
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Die Ladungsmenge Q"3, die somit auf der Spalte in
Richtung zum Lesekreis fließt, hat also folgenden Wert
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Q"3 = (Cs+CDP)QD/(Cs+Cdp+Cdl)
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Insgesamt ist die Ladung Q3, die im Spaltenleiter
während des Zeilenimpulses fließt, gleich Q'3 + Q"3, d.h. daß
unter Berücksichtigung der Tatsache, daß Cdl klein gegenüber
den anderen Kapazitäten ist, Q3 sich kaum unterscheidet von
(-Q1+QD). Hierbei ist QD die in der Fotodiode durch die
Beleuchtung erzeugte Nutzladung.
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Wenn der Leseimpuls auf der Zeile Li endet, dann
fließt eine Ladung Q'1 = +Q1 erneut im Spaltenleiter.
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Wenn der Lesekreis den Strom integriert, der vom
Zeitpunkt t3 bis zur Beendigung des Abflusses der Ladung Q'1
ankommt, dann ist die gesamte integrierte Ladung gleich QD, d.h.
sie entspricht gut dem gewünschten Nutzsignal.
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Es sei bemerkt, daß zum Zeitpunkt t'0 die
Potentialbedingungen wieder dieselben sind wie zum Zeitpunkt t0. Das
Potential des Knotens A liegt wieder bei null oder genauer bei
der Schwellspannung des Übergangs der Lesediode DL in den
Leitzustand.
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Es sei bemerkt, daß die Lesediode DL klein gegenüber
der Fotodiode sein muß, damit ihre Kapazität vernachlässigbar
bleibt, aber sie kann auch lichtempfindlich sein wie die
Fotodiode DB. Sie trägt dann ohne Nachteil zur Erzeugung von
Fotoladungen bei. Für die praktische Ausführungsform ist es also
nicht notwendig, daß die Lesediode von lichtundurchlässigen
Schichten abgedeckt wird.
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Die Gesamtkapazität einer Spalte Cj ist im
wesentlichen gleich N mal die Kapazität Cdl einer Lesediode DL, falls
N lichtempfindliche Punkte an diese Spalte angeschlossen sind.
Dieser Wert ist natürlich wesentlich geringer, als wenn die
Fotodioden DB direkt mit dem Spaltenleiter verbunden wären, um
als Lesedioden zu dienen.
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Während des Lesens einer Zeile, d.h. während ein
Zeilenimpuls auf diese Zeile gegeben wird, empfängt der
Spaltenleiter nicht nur die Nutzladung Q3 entsprechend dieser Zeile,
sondern ggf. auch Bruchteile von Ladungen Q1 und Q2
entsprechend den anderen Zeilen, aber die obigen Erläuterungen
zeigen, daß diese Ladungen Q1 und Q2 proportional zu
Cdl/(Cs+Cdp+Cdl) sind und damit sehr gering.
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Der Dunkelstrom (d.h. die von den Fotodioden außerhalb
des Zeitintervalls von t1 bis t2 erzeugten Ladungen) wird auch
auf die Spalten mit demselben Multiplikationsfaktor
übertragen. Er stört also das Auslesen der Nutzladungen kaum.
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Es sei schließlich festgestellt, daß die Fotodiode DP,
die die Fotodetektion ganz oder überwiegend durchführt, stets
in Sperrichtung vorgespannt bleibt. Das begrenzt die von
dieser Diode auszuhaltenden Belastungen und verbessert die
Zuverlässigkeit des Kreises.
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Es ist interessant festzustellen, daß aufgrund der
Tatsache, daß die an den Knoten A angeschlossenen Dioden
dieselbe Polarität haben, die technologische Herstellung
einfacher
wird, als wenn an einen Punkt sowohl eine Anode als auch
eine Kathode einer Diode angeschlossen werden müßten.
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Mehrere Betriebsarten sind für diesen Kreis möglich.
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In einer ersten Betriebsart erfolgt die Beleuchtung
nur während eines Zeitintervalls von t1 bis t2 zwischen zwei
Leseimpulsen. Das Adressenregister der Zeilen (DEL) arbeitet
praktisch kontinuierlich, um nacheinander alle Zeilen nach
einer allen Zeilen gemeinsamen Beleuchtungsperiode zu lesen:
Erst wird beleuchtet und dann tastet das Register die Zeilen
nacheinander ab und liest sie, dann wird wieder beleuchtet
usw.
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In einer zweiten Betriebsart kann man an alle Zeilen
gleichzeitig einen Vorspannungsimpuls für alle Zeilen Li
anlegen, um alle Knoten A der Matrix vorzuspannen. Dann folgt die
Beleuchtungsphase und schließlich sendet man die Leseimpulse
Zeile für Zeile.
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In einer dritten Ausführungsform erfolgt die
Beleuchtung kontinuierlich, d.h. daß in gewisser Weise t1 mit t0 und
t2 mit t'0 zusammenfällt.
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Die für das Lesen der Ladungen erforderliche Zeit
(d.h. die Zeit, die für die Abführung der Ladung Q3 nötig
ist), ist umso größer, je geringer die Ladung Q3 ist, also je
geringer die zum beim Lesen ausgewählten lichtempfindlichen
Punkt empfangene Beleuchtung ist.
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Dies kommt von dem Widerstand der Lesediode DL in
Leitrichtung, der umso größer wird, je mehr sich die
Potentialdifferenz zwischen ihren Klemmen, d.h. zwischen dem Knoten A
und der Spalte Cj dem Wert Null nähert.
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Man muß deshalb eine Leseimpulsdauer (von t3 bis t'0)
vorsehen, die ausreicht, um den ungünstigsten Fall zu
berücksichtigen.
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Eine Lösung zur Beschleunigung des Ladungstransfers
besteht darin, dem Nutzsignal eine zusätzliche Ladung eines
bekannten Werts hinzuzufügen, die von einer diffusen
Lichtquelle stammt, welche die lichtempfindlichen Punkte
beleuchtet.
Auf diese Weise ergibt sich eine systematische
Beleuchtung und eine von Null verschiedene transferierte Ladung,
selbst wenn die Nutzbeleuchtung Null ist. Es genügt dann, eine
entsprechende Ladung am Ausgang des Leseintegrators
abzuziehen. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Lesens für
geringe Beleuchtungswerte erhöht, indem eine von Null
verschiedene Ladung selbst bei einer Nutzbeleuchtung Null
übertragen wird, die normalerweise nicht zu einem Ladungstransfer
führen würde.
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Im Fall einer Matrix, die in der Röntgentechnik
Verwendung findet und mit einem die Röntgenstrahlen in sichtbare
Lichtstrahlen verwandelnden Scintillator bedeckt ist, kann die
Hilfslichtquelle auf die Rückseite der Tafel einwirken und
durch das Substrat der Matrix hindurchstrahlen. Das Substrat
muß dann ebenso wie die auf das Substrat aufgebrachten und von
den Fotodioden bedeckten Leiter lichtdurchlässig sein.
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Eine andere Lösung besteht darin, die Größe des
Leseimpulses zu erhöhen. Wenn VA1 der Bezugspegel der
Vorspannung des Knotens A vor der Beleuchtung ist, dann ist, wie
erwähnt, VL1-VL2 grob gesehen gleich -VA1 (unter
Vernachlässigung des Spannunsgabfalls der Diode DL in Leitrichtung). Man
kann auch vorsehen, daß der Pegel des Leseimpulses VL'1-VL2
größer als -VA1 ist, um selbst bei einer Beleuchtung eines
Werts Null eine gewisse Anzahl von Ladungen entsprechend der
Differenz zwischen VL'1 und VL1 zu übertragen. Aber das
Potential des Knotens A gelangt am Ende des Impulses auf einen Wert
VA'1 und nicht auf den Wert VA1. Um dann wieder zu denselben
Vorspannungsbedingungen des Knotens A zu Beginn des nächsten
Lesezyklus zu kommen, bringt man beispielsweise mit Hilfe
eines Lichtblitzes eine Ladungsmenge auf den Knoten A. Dann
erfolgt eine Leer-Zwischenauslesung (ohne daß eine andere
Beleuchtung als dieser Blitz vorläge) mit einem Leseimpuls
einer Amplitude VL1-VL2 und nicht mehr VL'1-VL2, so daß das
Potential des Knotens A auf den ursprünglichen und normalen
Wert zurückgelangt.
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Die Hinzufügung von Ladungen zur Leerauslesung kann
auch erfolgen, indem eine der Dioden DP oder DL ausreichend
stark in Sperrichtung vorgespannt wird, daß ein nicht
vernachlässigbarer Leckstrom fließt und die gewünschten Ladungen
herbeiführt.
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Es sei bemerkt, daß diese Lesemethode mit einer Leer-
Zwischenleseetappe verwendet wird, wenn die Nutzbeleuchtung
diskontinuierlich und nicht kontinuierlich ist.
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Man kann noch folgende Bemerkungen machen: Zuerst
wirken die Zeilenspannungen nur durch kapazitiven Einfluß; ihr
Absolutwert hat also keine Bedeutung, sondern es ist nur die
Differenz VL1-VL2 und nicht der Absolutwert von VL2 oder VL1
wichtig.
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Man kann also die Zeilenspannung VL2 im Ruhezustand so
wählen, daß die Spannung an dem Kondensator CS nie ihr
Vorzeichen während eines Beleuchtungs- und Lesezyklus ändert. Man
kann dann als Kondensator eine in Sperrichtung vorgespannte
Diode verwenden. Es existieren zwei Möglichkeiten: die
Potentiale VL1 und VL2 sind so, daß die den Kondensator CS
ersetzende Diode einer Elektrode der gleichen Art wie die
Elektroden der Dioden DP und DL an den Punkt A angeschlossen ist. In
diesem Fall kann diese Diode beleuchtet werden wie DP und DL,
und ihr lichtelektrischer Strom addiert sich zu dem von DP und
DL. Oder aber die Potentiale VL1 und VL2 werden so gewählt,
daß die konstante Vorspannung der den Kondensator CS
ersetzenden Diode in Sperrichtung dazu führt, daß die Elektrode dieser
Diode, die mit dem Knoten A verbunden ist, eine andersartige
Elektrode als die Elektroden von DP und DL sind, die an diesem
Punkt angeschlossen sind. In diesem Fall muß darauf geachtet
werden, daß die den Kondensator CS ersetzende Diode im Dunkeln
gehalten wird.
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Die lichtempfindliche Diode DP kann eine PIN-Diode
sein (Stapelung einer Halbleiterschicht vom P-Typ, einer
intrinsischen Halbleiterschicht und einer Schicht vom N-Typ)
oder eine Diode mit fünf Schichten vom Typ NIPIN oder PINIP
mit zwei intrinsischen Schichten, von denen die eine sehr dünn
und die andere dicker ist. Die Empfindlichkeit der
Lichtmessung wird dadurch verbessert. In diesem Fall ist die Kathode
der Fotodiode die Schicht vom N-Typ, die der dickeren
intrinsischen Schicht benachbart ist, während die Anode der
Fotodiode die Schicht vom P-Typ ist, die der dickeren intrinsischen
Schicht benachbart ist.